ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двойной электрический слой и электроповерхностиые явления из "Курс коллоидной химии" Ввиду огромного значения ионного обмена для теории и практики следует подробнее познакомиться с его основными закономерностями. [c.172] Прежде всего, отметим отличия от молекулярной адсорбции. Так, уже при первичной адсорбции электролита, где из раствора в поверхностный слой формально переходят молекулы в целом, в действительности заряженные ее части — ионы — располагаются неодинаково, образуя внутреннюю и внешнюю обкладки. Вторичный процесс — ионный обмен — отличается тем, что из раствора в ДЭС уходят лишь ионы одного знака и этот процесс всегда сопровождается десорбцией эквивалентного количества других ионов в раствор . [c.172] Практически обмен ионов идет на любой твердой поверхности, находящейся в растворе электролита, поскольку все твердые тела в той или иной степени оказываются гетерополярными. [c.172] Эти вещества состоят из жесткой высокомолекулярной матрицы (каркаса, сетки, скелета) включающей фиксированные ионы одного знака и пропитанной раствором, который содержит в основном подвижные противоионы. Такие студии получаются, например, путем окисления полимерной сетки с образованием карбоксильных групп или сульфирования (путем обработки концентрированной H2SO4. олеумом), вводящего сульфогруппы в матрицу. При контакте с водными растворами эти вещества диссоциируют на анионы, закрепленные в матрице, и ионы Н+, выходящие в пропитывающий матрицу раствор, по типу R(so ) пН+, где R — матрица. Такие системы, способные к обмену подвижных Н+ на катионы раствора, называются катионитами (рис. XI. I). [c.173] В матрицу ВМС могут быть введены и группы с основными свойствами, например, амино- или пиридиниевые группы, для которых характерна диссоциация по типу R (NHt)w i mOH. В этом случае матрица приобретает положительный заряд (за счет фиксированных NHj-rpynn) и такие смолы, на которых протекает обмен анионов, называют анионитами. [c.173] Наряду с органическими полимерными материалами в настоящее время для целей ионного обмена синтезируют большое количество неорганических ионитов . Эти материалы, получаемые на основе комплексных соединений Sb, Р, Zr и других элементов, также образуют высокомолекулярные сетки (матрицы) с фиксированными ионами и подвижными противоионами в растворе, пропитывающем сетку. [c.173] Таким образом, иониты — все вещества и материалы, способные к ионному обмену в растворе. Их подразделяют на высокодисперсные гетерогенные адсорбенты и высокомолекулярные иониты и те, и другие, в свою очередь, делятся на аниониты и катиониты. [c.173] При описании явлений обмена, общих для обоих классов, желательно пользоваться термином поглощение (сорбция) вместо адсорбции — понятия, связанного с поверхностью раздела. [c.173] Системы фиксированные ионы—подвижные противоионы целесообразно называть обменным компл ексом , объединяя этим термином различные способы фиксации ионов в гомогенной матрице или же во внутренней обкладке ДЭС на границе раздела фаз. Введение таких обобщающих терминов мы считаем целесообразным для отражения той глубокой общности, которая существует между суспензоидами и молекулярными коллоидами (см. раздел 1.2) и проявляется в ионном обмене (как и в других явлениях) в единстве основных закономерностей. [c.173] Ряд (XI. 5), называемый л и отр оп н ы м, наблюдается во многих случаях не только для гетерогенных (высокодисперсных), но и для гомогенных (высокомолекулярных) ионитов. [c.174] Интересно отметить, что для некоторых ионитов характерно обращение адсорбционного ряда в области ионов равной валентности (и+ N3+ К+), свидетельствующее о дегидратации противоионов в процессе взаимодействия их с ионитом. Некоторые особенности присущи и биологическим системам, например, клеточным мембранам с протеино-фосфолипидным обменным комплексом. [c.174] Ион Н+ не занимает определенного места в ряду. Для почв, грунтов, белковых веществ и многих других объектов он стоит перед А1 +, тогда как для других ионитов он располагается в конце ряда. Эти особые свойства Н+ часто связаны с тем, что обменный комплекс образуется в результате диссоциации слабых кислот (по-ликремниевых, гуминовых), характеризующихся прочной связью кислотного остатка с Н+ (водородной связью). В то же время соли этих кислот обычно хорошо диссоциированы. Поэтому Н+ вытесняет легко все остальные катионы из внешней обкладки и в почвах, даже в нейтральных растворах (при pH = 6,5), занимает около половины мест в обменном комплексе. Такая же прочная связь присуща и слабокислотным (карбоксильным) высокомолекулярным ионитам, тогда как для ионитов сильнокислотного типа (например, с фиксированными группами КЗОзН)Н+ не обладает высокой энергией связи и расположен в конце ряда среди одновалентных катионов. [c.174] Как для теории ионного обмена, так и для всех практических применений, важно прежде всего знать, какое количество ионов может быть поглощено из раствора единицей массы ионита в данных условиях, т. е. получить уравнение ионного обмена, соответствующее изотерме адсорбции. Очевидно, что в условиях конкуренции за место двух или более ионов одного знака (в водных растворах солей всегда присутствуют Н+ и ОН- и число компонентов одного знака 2), ион данного вида будет поглощаться тем больще, чем сильнее его сорбционная способность и выше его активность в растворе. [c.175] Константа К, 2 имеет смысл константы равновесия процесса ионного обмена и является количественным выражением отношения сорбционных способностей обоих ионов. Действительно, если в растворе = 02 = 1, то К, 2 равна отношению поглощенных количеств (в степенях 1/2г) этих ионов. [c.175] Уравнение (XI. 6)—фундаментальное соотношение, справедливое как для высокодисперсных, так и для высокомолекулярных Ионитов и независимое от механизма (химического или адсорбционного) процесса. Эта общность процессов и систем согласуется с положениями, высказанными ранее. [c.175] Уравнение (XI. 6) получило экспериментальное подтверждение и его широко используют в практике ионного обмена. Для разбавленных растворов вместо ас можно пользоваться равновесными значениями концентраций, определяемых аналитически. [c.175] Если соотношение поглощенных количеств двух (или нескольких) ионов определяется значениями /С// и Ш, то общее количество поглощенных ионов зависит от поглощающей способности. Обменную адсорбцию (поглощающую способность ионита) определяют как число г-экв. ионов, поглощенных 1 кг ионита (или мг-экв/г) зависит она от природы и свойств ионита. [c.175] Для измерения ионообменной сорбции (х) обычно используют метод потенциомет- рического титрования. Навеску т катионита, предварительно переведенного в Н-форму (форма определяется составом противоионов) посредством обработки кислотой с последующей отмывкой, помещают в раствор электролита и титруют щелочью (II, рис. XI. 2). Наряду с этим титруют чистый (фон) раствор без навески (кривая /). По разности абсцисс / и II при нескольких выбранных значениях pH находят количество х (экв г) ионов Н+, перешедших из поверхностного слоя (внешней обкладки) в раствор, равное количеству адсорбированных катионов из фонового электролита. Найденная зависимость х — pH дает изотерму ионообменной сорбции (часто лэнгмю-ровского типа). Если рассматривать процесс с позиции сорбции ОН , то величина X представится как увеличение числа фиксированных заряженных поверхностных групп МО , нейтрализованных катионами соли. Для получения кривых / и // в кислой области титруют раствором НС1. [c.176] Значения g для почв и неорганических высокодисперсных ионитов обычно не превышают 1 экв/кг. Синтетические ионообменные смолы характеризуются емкостью 3—10 экв/кг и поэтому их чаще всего используют. Разрабатываются иониты, обладающие высокой специфичностью (большие Кхл) по отношению к тому или иному виду ионов. [c.176] В настоящее время ионный обмен находит широкое практическое применение в самых различных отраслях народного хозяйства. Имеются специальные монографии и сборники по этой теме (см. например, [14]). Мы ограничимся рассмотрением лишь отдельных примеров. [c.176] Вернуться к основной статье